Preparation and electronic properties of clean superconducting Nb(110) surfaces

凝聚态物理 超导电性 材料科学 扫描隧道显微镜 单晶 光谱学 化学 物理 结晶学 量子力学
作者
Artem Odobesko,Soumyajyoti Haldar,Stefan Wilfert,Jakob Hagen,Johannes Jung,Niclas Schmidt,Paolo Sessi,Matthias Vogt,Stefan Heinze,M. Bode
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:99 (11) 被引量:41
标识
DOI:10.1103/physrevb.99.115437
摘要

We have studied cleaning procedures of Nb(110) by verifying the surface quality with low-energy electron diffraction, Auger electron spectroscopy, and scanning tunneling microscopy and spectroscopy. Our results show that the formation of a surface-near impurity depletion zone is inhibited by the very high diffusivity of oxygen in the Nb host crystal which kicks in at annealing temperatures as low as a few hundred degree Celsius. Oxygen can be removed from the surface by heating the crystal up to $T=2400{\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}}^{\ensuremath{\circ}}\mathrm{C}$. Tunneling spectra measured on the clean Nb(110) surface exhibit a sharp conductance peak in the occupied states at an energy of about $\ensuremath{-}450$ meV. Density functional theory calculations show that this peak is caused by a ${d}_{{z}^{2}}$ surface resonance band at the $\overline{\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}}$ point of the Brillouin zone which provides a large density of states above the sample surface. The clean Nb(110) surface is superconducting with a gap width and a critical magnetic field strength in good agreement to the bulk value. In an external magnetic field we observe the Abrikosov lattice of flux quanta (vortices). Spatially resolved spectra show a zero-bias anomaly in the vortex core.

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